En artículos previos publicados en iAgua, he tratado sobre la cosecha de agua en zonas áridas, mencionando el uso de materiales sorbentes como forma de capturar el agua atmosférica para consumo humano. Sin embargo, existen desiertos costeros que presentan niebla como consecuencia de su conformación geográfica. La niebla, a diferencia del aire húmedo caracterizado por contener vapor, consiste en pequeñas gotas de agua líquida de 1–30 μm de diámetro suspendidas en él [1]. Es una nube al ras del suelo que reduce, incluso, la visibilidad a menos de 1 km [1]. El volumen agua contenida en un metro cúbico de niebla puede alcanzar 0.5 ml. Para ilustrar esta magnitud podemos considerar que, si llenamos una piscina olímpica con niebla, la cantidad de agua que obtendríamos sería de 1.25 litros [2].
Por muchos años la forma de extracción de agua de la niebla ha sido empleando mallas colectoras llamadas también mallas atrapa niebla. La malla está expuesta a la atmósfera, y la niebla es empujada a través de ella por el viento. Las gotas contenidas se depositan en la malla, se combinan aumentando su volumen y descienden por gravedad hasta un tanque de almacenamiento, tal como se muestra en la fig. 1 a, b y c). Las mallas más empleadas son fabricadas a base de polipropileno y tejidas formando un patrón trapezoidal repetitivo (fig. 1 d y e). Estas llevan el nombre comercial de Raschel [3]. Sin embargo, existen otros tipos de mallas con patrones diferentes.
El limitado alcance de los sistemas de captura de agua de niebla
La tasa de agua de niebla recolectada usando mallas varía de 1.5 a 12 litros al día por metro cuadrado [7] . Este valor fluctúa debido a factores ambientales, incluida la diferencia entre la temperatura del aire y la del punto de rocío, la velocidad y dirección del viento y la temperatura de la tierra. La fig. 2 muestra la cantidad de litros obtenidos al día por metro cuadrado de malla en diferentes localidades desérticas.
Estos rendimientos son bajos si consideramos que, de acuerdo a la Organización Mundial de la Salud, se necesitan entre 50 y 100 litros de agua por persona por día para garantizar la satisfacción de las necesidades más básicas y evitar la aparición de problemas de salud [9]. Asimismo, se puede observar que en la mayoría de los casos la niebla no se presenta en la totalidad de año.
Un aspecto destacable es el hecho de que los desiertos de niebla costeros aptos para extracción de agua son escasos y dispersos. Estos se encuentran en África, Asia, Australia, América del Norte y del Sur, tal como se muestra en la tabla 1.
Ello explica en gran medida la ubicación de los proyectos de captura de agua en desarrollo hacia el año 2015 [11] , tal como se muestra en la fig. 3.
De esta forma, es poco probable que la recolección de niebla sea de importancia regional o nacional como suministro de agua en las condiciones actuales. El bajo rendimiento, la estacionalidad y la dispersión de las áreas aptas para la cosecha restringe la captura de agua de niebla a proyectos comunales rurales o urbano marginales de limitado alcance.
Finalmente, un elemento que pone en riesgo la sostenibilidad de estos sistemas de captura de agua es el continuo mantenimiento requerido. A pesar de que sus promotores argumentan que esta tecnología es poco costosa de operar, lo cierto es que necesita mantenimiento y supervisión regulares por parte de miembros capacitados de la comunidad beneficiaria. Estas tareas incluyen tensar cables sueltos, reparar mallas rotas y, en el peor de los casos, volver a erigirlas. Si las comunidades no están muy motivadas y dedicadas a mantener la funcionalidad del sistema, la tecnología podría enfrentarse a un desafío y a su terminación, como se ha visto en muchos países [12].
Sólo un incremento significativo en el rendimiento de la captura de agua atmosférica podría superar las limitaciones antes vistas, aumentando la población atendida y generando las economías de escala suficiente para sostenerse en el tiempo. De acuerdo a un estudio realizado, un colector de niebla tradicional solo captura alrededor del 1 al 3 por ciento de la niebla que lo atraviesa [13]. Esto pone de manifiesto el gran potencial del que posee este recurso.
La ciencia llega en auxilio
Las principales limitaciones relacionadas con las mallas son (a) la desviación aerodinámica de las gotas alrededor de las fibras, (b) el arrastre del viento sobre las gotas ya depositadas sobre las fibras, (c) la baja tasa de evacuación de las gotas retenidas lo que ocasiona obstrucciones de los orificios de las mallas. Frente a esto se están trabajando en soluciones contemplan el cambio de las formas de las mallas, así como recubrimientos especiales a las fibras [14].
Un avance importante se logró aumentando el área de captura de agua incorporando micro o nano fibras electrohiladas (electropun) en el tramado de la malla de Raschel comercial [15]. Esto permitió atrapar las gotas de menor tamaño contenidas en la niebla aumentando así la capacidad de extracción de agua tal como se muestra en la fig. 4. La fabricación de estas microfibras es ejecutada mediante un sistema de electro spinning que permite tener un control sobre el diámetro, morfología y propiedades mecánicas de la fibra, así como sus cualidades humectantes. Por ejemplo, el empleo de microfibras de Polyvinylidene fluoride (PVDF) incrementó la eficiencia de captura de agua de las fibras de Raschel en un 300% [16].
Soluciones inspiradas en la naturaleza
En años recientes, la seda de araña se ha estudiado intensamente y se ha considerado como un modelo perfecto para diseñar un colector de agua artificial [19]. La seda de araña se caracteriza por tener nudos en forma de huso (Spindle-knot) distribuidas regularmente en toda su extensión, tal como se muestra en la figura 5b. Esta configuración le permite captar las pequeñas gotas y acrecentarlas en los nudos de una forma extraordinariamente rápida, tal como se ilustra en la figura 5c. A partir de esta observación se han confeccionado fibras sintéticas reproduciendo este patrón de nudos.
Siempre se puede mejorar aun más
El 17 de julio del presente año, un artículo publicado por la revista Advanced Functional Materials [22] atrajo la atención de la comunidad involucrada en esta tecnología. En él se afirmaba que un equipo de la universidad de Beihang en China había desarrollado una fibra capaz de crear 2114 veces más cantidad de gotas que otros tipos previos.
Esta hazaña fue lograda simplemente dándole a los nudos de la microfibra una estructura helicoidal tal como se muestra en la fig. 6b. En comparación con las microfibras lisas de nudo, la nueva fibra muestra un mayor rendimiento de la velocidad de humectación, la tasa de crecimiento de las gotas y la capacidad de suspensión, lo que se puede atribuir a las trayectorias helicoidales
Sin duda esta es una buena noticia teniendo en cuenta la enorme cantidad —aún no aprovechada en su totalidad— de agua disponible en la niebla, el poco impacto medioambiental que genera su extracción y su relación beneficio/costo.
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[2] Met Office: 8 facts about fog. Web site.
[4] WWF. Harnessing fog could help farmers in a changing climate. World Wildlife magazine. WWF, Summer 2019.
[8] Mussie Fessehaye, Sabah A. Abdul-Wahab, Michael J. Savage, Thomas Kohler, Tseggai Gherezghiher, Hans Hurni. Fog-water collection for community use. Renewable and Sustainable Energy Reviews. January 2014, 29, 52-62.
[9] UN-Water Decade Programme on Advocacy and Communication and Water Supply and Sanitation Collaborative Council. The Human Right to Water and Sanitation Media brief. UN-Water Decade Programme on Advocacy and Communication and Water Supply and Sanitation Collaborative Council
[10] Namibia National Committee for World Heritage. Namib Sand Sea World Heritage Nomination: Nomination dossier to UNESCO for inscription into the World Heritage List. Namibia: Namibia National Commission for UNESCO, Ministry of Education, 2014. ISBN 978R99945R0R035R2
[12] Gebregiorgis, M.; Sabah, A.A.; Savage, M. et al. Fog-water collection for community use. Renewable and Sustainable Energy Reviews. January 2014, 29, 52–62. DOI: 10.1016/j.rser.2013.08.063
[15] Knapczyk-Korczak, J.; Szewczyk, P.; Ura, D.; Berent, K.; Stachewicz, U. Hydrophilic nanofibers in fog collectors for increased water harvesting efficiency. RSC Advances. 2020, 10, 22335-22342. DOI:10.1039/D0RA03939J
[17] Knapczyk-Korczak, J.; Szewczyk, P.; Ura, D.; Berent, K.; Stachewicz, U. Hydrophilic nanofibers in fog collectors for increased water harvesting efficiency. RSC Advances. 2020,10, 22335-22342. DOI:10.1039/D0RA03939J
[19] Li, C., Ni, Z., & Li, Y. An Application of Bio-Inspired Superwetting Surfaces: Water Collection. New Advances in Powder Technology. IntechOpen, 2 Aug. 2023. DOI: 10.5772/intechopen.105887
[20] Li, J.; Li, J.; Sun, J.; Feng, S.; Wang, Z. Biological and Engineered Topological Droplet Rectifiers. Advanced Materials. 2019, 31, 1806501. DOI: 10.1002/adma.201806501
[21] Li, Ji.; Li, S.; Huang, J.; Khan, A.; An, B.; Zhou, X.; Liu, Z.; Zhu, M. Spider Silk‐Inspired Artificial Fibers. Advanced Science. 2021, 9, 2103965. DOI: 10.1002/advs.202103965
